[发明专利]一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2

说明书

本发明公开了一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H₂S含量的确定方法和设备，该方法包括：基于对入炉煤煤质进行采样确定入炉煤的含硫量；基于对水冷壁的预设区域的贴壁烟气进行采样确定水冷壁局部环境的烟气气氛，所述烟气气氛包括O₂含量和CO含量；若所述含硫量高于第一预设阈值且所述O₂含量低于第二预设阈值，根据当前锅炉负荷和所述烟气气氛确定水冷壁局部环境中H₂S含量，从而避免只根据CO含量确定H₂S含量，提高了确定燃煤锅炉水冷壁局部环境中H₂S含量的准确性，进而对水冷壁高温腐蚀进行准确监测。

技术领域

本申请涉及锅炉运行控制领域，更具体地，涉及一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H₂S含量的确定方法和设备。

背景技术

随着国内燃煤锅炉排放氮氧化物控制要求的不断提高，绝大多数燃煤锅炉均采用了深度空气分级的低氮燃烧技术，以实现低NOx排放。但是在低氮燃烧条件下，水冷壁近壁处氧量很低、CO浓度很高，整体呈还原性气氛，同时水冷壁近壁处存在大量腐蚀性气体(还原性气氛下主要是H₂S气体)，造成锅炉水冷壁普遍出现严重的高温腐蚀现象，使水冷壁管壁快速腐蚀减薄乃至爆管，严重影响锅炉运行的安全性。因此低氮燃烧条件下在锅炉水冷壁的受热面上发生的高温腐蚀通常是硫化物型、硫化氢型和还原性气氛引起的高温腐蚀。

对硫化物型高温腐蚀，引起腐蚀的原因主要是管壁附近区域的烟气中有大量游离态的硫和硫化物(H₂S)并且处于还原性气氛，分析其腐蚀产物的组成主要是硫化物以及铁的氧化物，而硫酸盐含量较少。硫化物腐蚀主要是由煤中FeS₂高温分解产生的活性[S]引起，活性[S]沿晶界扩散穿过氧化层与基体反应生成FeS，生成的FeS同时被氧化(3FeS+2O₂→Fe₃O₄+3S)，释放出的[S] 继续向内部扩散渗透，重新形成硫化物。发生硫化物腐蚀时，合金所处温度较低且服役气氛以还原性气氛为主。在锅炉主要受热面中水冷壁所处温度较低，其服役环境中含有大量的游离态活性硫原子和H₂S气体，同时低氮燃烧技术加速了还原性气体的产生。

对硫化氢型高温腐蚀，煤粉在缺氧条件下燃烧时生成的硫化氢会腐蚀受热面管壁金属。硫化氢气体能够穿透氧化铁与碰性氧化铁层中的FeO发生反应：

FeO+H₂S→FeS+H₂O

当保护膜受到破坏后，金属基体暴露在腐蚀性介质中：

Fe+H₂S→FeS+H₂

S2-在还原性气氛条件下能持续存在，当还原性气氛碱弱时，则会与氧反应成单质硫：

2FeS+O2→2FeO+2[S]

此时，生成的单质硫会继续对金属管壁产生腐蚀。

对还原性气氛引起的高温腐蚀，当煤粉在锅炉内燃烧时，在一定的区域内由于煤粉浓度过高，氧气含量不足，煤粉不能完全燃饶，造成一定的还原性气氛，还原性气体的含量会升高，这些还原性气体会破坏管壁表面生成的保护膜，以CO为例：

3Fe₂O₃+CO→2Fe₃O₄+CO₂

Fe₃O₄+CO→3FeO+CO₂

3FeO+5CO→Fe₃C+4CO₂

Fe₃C→3Fe+C

Fe+CO→FeO+C